流体力学气体的一维定常流动
工程流体力学名词解释和简答题大全
一、名词解说1．理想流体：实质的流体都是有粘性的，没有粘性的设想流体称为理想流体。
2．水力圆滑与水力粗拙管：流体在管内作紊流流动时（1 分），用符号△表示管壁绝对粗拙度，δ0 表示粘性基层的厚度，则当δ0＞△时，叫此时的管路为水力圆滑管；（2 分）当δ 0＜△时，叫此时的管路为水力粗拙管。
（2 分）3．界限层厚度：物体壁面邻近存在大的速度梯度的薄层称为界限层；（2分）往常，取壁面到沿壁面外法线上速度达到势流区速度的 99％处的距离作为界限层的厚度，以δ表示。
（3 分）4．卡门涡街：流体绕流圆柱时，跟着雷诺数的增大界限层第一出现分别，分别点不停的前移；（ 2 分）当雷诺数大到必定程度时，会形成两列几乎稳固的、非对称性的、交替零落的、旋转方向相反的旋涡，并随主流向下游运动，这就是卡门涡街。
（ 3 分）1、雷诺数：是反响流体流动状态的数，雷诺数的大小反响了流体流动时，流体质点惯性力和粘性力的对照关系。
2、流线：流场中，在某一时辰，给点的切线方向与经过该点的流体质点的刘速方向重合的空间曲线称为流线。
3、压力体：压力体是指三个面所封闭的流体体积，即底面是受压曲面，顶面是受压曲面界限限封闭的面积在自由面或许其延伸面上的投影面，中间是经过受压曲面界限限所作的铅直投影面。
4、牛顿流体：把在作剪切运动时知足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
5、欧拉法：研究流体力学的一种方法，是指经过描绘物理量在空间的散布来研究流体运动的方法。
6、拉格朗日法：经过描绘每一质点的运动达到认识流体运动的方法称为拉格朗日法。
7、湿周：过流断面上流体与固体壁面接触的周界称为湿周。
8、恒定流动：流场中，流体流速及由流速决定的压强、粘性力、惯性力等也不随时间变化的流动。
9、附面层：粘性较小的流体在绕过物体运动时，其摩擦阻力主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的流体薄层内，这个薄层即为附面层。
10、卡门涡街：当流体经绕流物体时，在绕流物后边发生附面层分别，形成旋涡，并交替开释出来，这类交替摆列、有规则的旋涡组合称为卡门涡街。
工程流体力学课件-孔珑-第四版(1)
§1.2 流体力学研究的对象和应用
固体、液体、气体的区别
呈现易流动性？
是
否
流体
固体
状态 液体 气体
有无固定体积 有 无
能否形成自由液面 是否容易被压缩
能
否
否
是
§1.2 流体力学研究的对象和应用
研究流体在外力作用下宏观的平衡及运动规律以及流体与 3. 流体力学 固体间的相互作用，即流体机械运动的规律以及应用这些
在动力、制导、气动力、 结构、材料、计算机、质量控 制和科技管理等领域具有丰富 知识，为中国火箭导弹和航天 事业的创建与发展作出了杰出 的贡献。
§1.2 流体力学研究的对象和应用
1. 流体力学研究的对象 流体，包括气体和液体。
2. 流体的定义
通常说能够流动的物质为流体；若按照力学术语定义， 则在任何微小切力的作用下都能发生连续变形的物质称 为流体。
斯托克斯又严格地到导出了不
缩粘性流体的运动微分方程组。 可压缩粘性流体的运动微分方程组。
N-S方程
§1.1 流体力学发展简述
19世纪末开始，针对复杂的流体力学问题，理论分析和实验研究逐 渐密切结合起来。
O. Reynolds (1842-1912)
1883年用实验验证了粘性 流体的两种流动状态——层流 和紊流的客观存在，找到了实 验研究粘性流体运动规律的相 似准则——雷诺数，以及判别 层流和紊流的临界雷诺数。
xt
d lim lim x t y dx
dt t0 t t0 t
dy
y
牛顿粘性应力公式用流体微团的角 变形速度可表示为：
d
dt
各流层间的切向应力和流体 微团的角变形速度成正比
流体力学第四章
• 在每一个微元流束的有效截面上，各点的速度可认为是相同的 总流：无数微元流束的总和。
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2016/12/26
流体运动学和动力学基础（Fluid Kinematics and Dynamics）
均匀流与非均匀流·渐变流和急变流
均匀流——同一条流线上各空间点上的流速相 同的流动，流线是平行直线，各有效截面上的 流速分布沿程不变 非均匀流——同一条流线上各空间点上的流速不 同的流动，流线不是平行直线，即沿流程方向速 度分布不均
迹线· 流线 1、迹线 1)定义：某一质点在某一时段内的运动轨迹 线。 2)迹线的微分方程
dx dy dz dt ux u y uz
烟火的轨迹为迹线
流体运动学和动力学基础（Fluid Kinematics and Dynamics）
流体运动学和动力学基础（Fluid Kinematics and Dynamics）
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2016/12/26
流体运动学和动力学基础（Fluid Kinematics and Dynamics）
一维、二维和三维流动
三维流动：流动参数是x、y、z三个坐标的函数
的流动。
二维流动：流动参数是x、y两个坐标的函数的
流动。
一维流动：是一个坐标的函数的流动。
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2016/12/26
流体运动学和动力学基础（Fluid Kinematics and Dynamics）
x= x (t)
dux ux ux dx ux dy ux dz ax dt t x dt y dt z dt
（1）当地加速度（时变加速度）：流动过程中流体 由于速度随时间变化而引起的加速度； （2）迁移加速度（位变加速度）：流动过程中流体 由于速度随位置变化而引起的加速度。
《流体力学》课件第六章理想不可压缩流体的定常流动
速速度度头头
静静压压头头
理理想想不不可可压压缩缩流流体体在在重重力力作作用用下下作作定定常常流流动动时时，，沿沿同同一一流流线线((或或 微微元元流流束束))上上各各点点的的单单位位重重量量流流体体所所具具有有的的位位势势头头、、静静压压头头和和速速度度头头 之之和和保保持持不不变变，，即即总总水水头头是是一一常常数数。。
第六章 理想不可压缩流体的定常流动
66..11理理想想不不可可压压缩缩流流体体的的一一元元流流动动 66..22理理想想不不可可压压缩缩流流体体的的平平面面势势流流 66..33理理想想流流体体有有旋旋流流动动的的几几个个定定理理
所所有有真真实实流流体体均均具具有有粘粘性性和和一一定定的的可可压压缩缩性性：：
因因此此，，欧欧拉拉方方程程可可写写成成
fx
−
1
ρ
∂p ∂x
=u
∂u ∂x
+ v ∂u ∂y
+ w ∂u ∂z
fy
−
1
ρ
∂p ∂y
=u
∂v ∂x
+ v ∂v ∂y
+ w ∂v ∂z
fz
−
1
ρ
∂p ∂z
=u
∂w ∂x
+ v ∂w + w ∂w ∂y ∂z
（2）
假假如如流流体体微微团团沿沿流流线线的的微微小小位位移移ddss在在三三个个坐坐标标轴轴上上的的投投 影影为为ddxx、、ddyy和和ddzz。。现现用用ddxx、、ddyy和和ddzz分分别别乘乘以以式式（（22））的的第第一一 式式、、第第二二式式和和第第三三式式，，则则可可得得到到
后后续续步步骤骤相相同同！！
伯伯努努利利方方程程的的适适用用条条件件：：理理想想不不可可压压缩缩均均质质流流体体在在重重力力作作用用下下 作作定定常常流流动动，，并并沿沿同同一一流流线线（（或或微微元元流流束束））。。[[理理想想流流体体、、定定常常流流 动动、、均均质质不不可可压压缩缩流流体体、、沿沿流流线线方方向向，，仅仅受受重重力力作作用用]]。。
工程流体力学 第5章 可压缩流体的一元流动
c1 kRT1 1.4 287 （273＋20）＝343m s
c2 kRT2 1.4 287 （273 55）＝296 m s
uu
Ma2 Ma1 Ma1
c2
u
c1
c1 c2 c2
343 296 296
16%
c1
2020年1月10日
FESTO气动中心
5.3 一元等熵流动基本关系
• 利用伯努利方程来讨论一元等熵流动特 定的状态参数。
2020年1月10日
FESTO气动中心
5.3.1 滞止状态和滞止参数
•
图6.3.1 气体的滞止状态
2020年1月10日
FESTO气动中心
对滞止状态截面和任一截面列能量方程有： 滞止状态时的焓升到最大值，即总焓
2020年1月10日
FESTO气动中心
1.理想气体状态方程：
p RT
R是气体常数，空气R=287 J/(kg·K)；T是热力学温度，单位为K
2.连续性方程：
2020年1月10日
可压缩性气体在流管内的定常流动
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1u1 A1 2u2 A2
uA c
ln(uA) ln ln u ln A C
2020年1月10日
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马赫角
sin c 1
u Ma
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例题
• 例 飞机在温度 t 20℃的海平面飞行， 与在同温层 t 55℃时飞行，若速度相等，
试求后一情况的马赫数比前一情况的马 赫数大多少？
2020年1月10日
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定常与非定常流动
定常流动流体（气体、液体）流动时，若流体中任何一点的压力，速度和密度等物理量都不随时间变化，则这种流动就称为定常流动；反之，只要压力，速度和密度中任意一个物理量随时间而变化，液体就是作非定常流动或者说液体作时变流动。
所以，定常流动时，管中流体每单位时间流过的体积(体积流量)qV为常量，流体每单位体积的质量(密度)ρ也是常量。
非定常流动流体的流动状态随时间改变的流动。
若流动状态不随时间而变化，则为定常流动。
流体通常的流动几乎都是非定常的。
分类按流动随时间变化的速率，非定常流动可分为三类：①流场变化速率极慢的流动：流场中任意一点的平均速度随时间逐渐增加或减小，在这种情况下可以忽略加速度效应，这种流动又称为准定常流动。
水库的排灌过程就属于准定常流动。
可认为准定常流动在每一瞬间都服从定常流动的方程，时间效应只是以参量形式表现出来。
②流场变化速率很快的流动：在这种情况下须考虑加速度效应。
活塞式水泵或真空泵所造成的流动，飞行器和船舶操纵问题中所考虑的流动都属这一类。
这类流动和定常流动有本质上的差别。
例如，用伯努利方程（见伯努利定理）描述这类流动，就须增加一个与加速度有关的项，成为：,式中为理想流体沿流线的速度分布；A和B表示同一流线上的两个点;P 为压强;为密度；g为重力加速度；z为重力方向上的坐标；ds为流线上的长度元。
③流场变化速率极快的流动：在这种情况下流体的弹性力显得十分重要，例如瞬间关闭水管的阀门。
阀门突然关闭时，整个流场中流体不可能立即完全静止下来，速度和压强的变化以压力波（或激波）的形式从阀门向上游传播，产生很大的振动和声响，即所谓水击现象。
这种现象不仅发生在水流中，也发生在其他任何流体中。
在空气中的核爆炸也会发生类似现象。
除上述三类流动外，某些状态反复出现的流动也被认为是一种非定常流动。
典型的例子是流场各点的平均速度和压强随时间作周期性波动的流动，即所谓脉动流，这种流动存在于汽轮机、活塞泵和压气机的进出口管道中。
《空气动力学基础》第5章
0.4
1% -0.16% -0.84%
0.6
1% -0.36% -0.64%
1.0
1% -1.0%
0%
1.2
1.3
1.6
1% -1.44% 0.44%
1% -1.96% 0.96%
1% -2.56% 1.56%
Ma<0.3时忽略压缩性影响（不可压）；
0.3<Ma<1时，密度相对变化率小于速度相对变化率；
管道的最小截面不一定时临界截面。
22:31
9
第五章 一维定常可压缩管内流动
§5-1 理想气体在变截面管道中的流动
管道截面积变化对气流参数的影响
不同马赫数下气流的压缩性不同； 密度变化和速度变化的方向总是相反。
d dv dA 0 vA
Ma
参数
dv v
d
dA A
0.3
1% -0.09% -0.91%
流量函数q(λ)
qm
v a
a A
q(λ)
1
0
0 *
(
)
1 1 2
v a
11
0
2 11 1
p0 RT0
a
2
1
RT0
1
1
qm
()
1 1 2
2 1
1
p0 RT0
2 1
RT0
A
1
1
qm q
2 2 1
1
R
1
p0 A T0
2 1
R
1
p0 A q
气压强，已知：容器内的压强为7.0×105 Pa，温度为288K，大气压强为 1.0133×105 Pa，喷管出口面积为0.0015m2。求：①初始空气的出口速度ve 和通过喷管的流量qm；②设容器体积为1求此状态能保持多长时间？
第六章理想流体不可压缩流体的定常流动
（粘性系数为常数）
Du 1 p 2u 2u 2u gx Dt x x 2 y 2 z 2
Dv 1 p 2v 2v 2v gy 2 2 2 Dt y x y z
流动条件，截面为A 1、A 2，平均速度为V 1、
V 2，流体密度为ρ. 由一维平均流动伯努利方程
V12 p1 V22 p gz1 gz 2 2 2 2
移项可得
(a)
V22 V12 p p ( gz1 1 ) ( gz 2 2 ) 2
(b)
文特里流量计：一维平均流动伯努利方程 A1、A2截面上为缓变流，压强分布规律与U 形管内静止流体一样，可得
讨论： 1、上式为非定常不可压缩理想流体欧拉运动微分方程。 DV 0 上述方程变成流体静力学中的欧拉平衡微分方程。 2、 Dt 1 g p 0 V 0 此时的理想流体欧拉运动微分方程变成定常不可压缩理 3、 t 想流体欧拉运动微分方程。 1 V V g p
基本方程组：
动量方程：
u u u 1 u v fx t x y v v v 1 u v fy t x y
p x p y
V 1 V V g p t
定常
连续性方程：
V 不考虑重力 0 t u v w D 0 Dt x y z u v 0 x y v u 0 x y
ρ,U 形管中液体密度ρm .
求：
用液位差Δh表示流速v
毕托测速管 解： 设流动符合不可压缩无粘性流体 定常流动条件。 AOB线是一条流线(常称为零流线), 沿